[發明專利]陶瓷基復合材料T形渦輪轉子結構

有效

• 申請號: 202010548722.6
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111636926B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 周岳;高希光;宋迎東;張盛;于國強
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F01D5/28
• 分類號: F01D5/28;F01D5/02;F01D5/30
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 張明浩

本發明涉及陶瓷基復合材料T形渦輪轉子結構，葉身和緣板均由陶瓷基復合材料纖維布編織沉積形成，葉身處的陶瓷基復合材料纖維布延伸至葉根處后，分別向兩側呈90°彎折，形成緣板，使得葉身和緣板形成T形一體式結構，渦輪盤的第一渦輪盤分體和第二渦輪盤分體能相互固定并將緣板夾持固定在第一爪狀卡槽和第二爪狀卡槽組成的固定槽中，葉身由固定槽上表面形成的固定槽通孔伸出，陶瓷基復合材料渦輪轉子葉片離心力等效于渦輪盤的外周緣作用在緣板纖維布表面的法向壓力。本發明增大了葉片與輪盤間承力部位的接觸面積，減小了應力，從而提高了裝置整體安全性，省去了榫頭、伸根等結構，極大地減輕了葉片重量，使葉片所受離心載荷也大幅較小。

技術領域

本發明涉及航空發動機結構設計領域，具體為一種陶瓷基渦輪轉子結構，特別涉及陶瓷基復合材料T形渦輪轉子結構。

背景技術

航空發動機是世界上工業設計中“高技術、高成本、高附加值”的代表領域，在一代又一代的技術革新下，航空發動機已經發展到了第四代。渦輪轉子葉片是航空發動機的核心部件，為發動機產生動力提供基礎。隨著發動機的升級換代，渦輪轉子葉片的設計與制造方法也在不斷改進，新材料、新工藝不斷得到應用，從實心到空心，從普通高溫合金到金屬間化合物，渦輪轉子葉片所能承受的溫度也在不斷升高。

按照當今的航空發動機發展規劃，到第五代時，渦輪前溫度將達到2100-2200K，如今的渦輪轉子葉片已不滿足在這樣高溫下的工作條件，亟需發展新型渦輪轉子葉片以應對未來的發展需求。而陶瓷基復合材料具有耐高溫，高模量，低密度的優點，非常適合于在新一代航空發動機渦輪中使用。根據在渦輪中的使用條件和轉子葉片的載荷特點，設計新型渦輪轉子葉片是發展新一代發動機的重要任務。

目前世界上還沒有一款使用了陶瓷基復合材料渦輪轉子葉片的發動機進入實戰服役，此種葉片基本都還處于研究試驗階段。但公開資料顯示，已有的葉片構型大多采用了傳統的燕尾形式，使用榫頭與渦輪盤連接傳力。而不管采用何種編織方式，燕尾形葉片的編織結構都較為復雜，葉身到榫頭的過渡變形都可能對陶瓷基復合材料的力學性能帶來損傷；緣板結構的固定和保證其強度也是亟待解決的問題。

現有發明專利《陶瓷基復合材料渦輪轉子葉片盤榫連接結構及渦輪盤》（申請號：202010248762.9），該專利提供了一種陶瓷基復合材料榫頭結構。該結構通過層疊、裁剪纖維布，形成纖維布與葉身厚度方向近乎平行的榫頭鋪層結構。在渦輪葉片使用過程中，由纖維布邊緣形成的榫頭側面受力。這種結構的受力特點為：纖維布受平行纖維布的面內剪切力，面內紗線受橫向剪切和縱向拉伸力。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是針對背景技術提出的問題，提供一種陶瓷基復合材料T形渦輪轉子結構。

為實現上述技術目的，本發明采取的技術方案為：

陶瓷基復合材料T形渦輪轉子結構，包括陶瓷基復合材料渦輪轉子葉片和渦輪盤，其中：陶瓷基復合材料渦輪轉子葉片包括葉身和緣板，葉身和緣板均由陶瓷基復合材料纖維布編織沉積形成，葉身處的陶瓷基復合材料纖維布延伸至葉根處后，分別向兩側呈90°或近似90°彎折，形成緣板，使得葉身和緣板形成T形一體式結構，渦輪盤由第一渦輪盤分體和第二渦輪盤分體構成，第一渦輪盤分體的外周緣各開設有第一爪狀卡槽，第二渦輪盤分體的外周緣各開設有第二爪狀卡槽，第一爪狀卡槽和第二爪狀卡槽的形狀與緣板的形狀相適應，第一渦輪盤分體和第二渦輪盤分體能相互固定并將緣板夾持固定在第一爪狀卡槽和第二爪狀卡槽組成的固定槽中，葉身由固定槽上表面形成的固定槽通孔伸出，陶瓷基復合材料渦輪轉子葉片離心力等效于渦輪盤的外周緣作用在緣板纖維布表面的法向壓力。

為優化上述結構形式，采取的具體措施還包括：

上述的葉身的葉根處往外拓展有葉根凸塊，葉根凸塊位于緣板上表面，緣板夾持固定在第一爪狀卡槽和第二爪狀卡槽中時，葉根凸塊與固定槽通孔的邊緣完全契合，使渦輪盤輪緣外氣流通道完整光滑。